Fabrication facile d'hydrogels multifonctionnels injectables basés sur des réseaux gallium-polyphénol avec une activité antibactérienne supérieure pour favoriser la guérison des plaies infectées

Nouvelle recherche sur les hydrogels multifonctionnels pour favoriser la cicatrisation des plaies infectées

Dans le contexte clinique actuel, les plaies infectées, notamment celles causées par des pathogènes résistants aux antibiotiques, représentent un défi majeur. Ces plaies chroniques ou difficiles à cicatriser sont souvent retardées dans leur guérison par une inflammation excessive, la formation de biofilms bactériens et la diminution de l’efficacité des antibiotiques. Cependant, les traitements existants, tels que les antibiotiques et les pansements traditionnels, ne parviennent pas à résoudre simultanément les problèmes liés à l’infection, à la résistance aux antibiotiques et à la régénération des tissus. Dans ce contexte, les hydrogels multifonctionnels, grâce à leur structure tridimensionnelle semblable à la matrice extracellulaire, deviennent des pansements avancés prometteurs. Pourtant, il reste un défi scientifique de taille : comment développer de tels hydrogels en combinant antibactérien, anti-inflammatoire, antioxydant, auto-cicatrisation et biocompatibilité tout en assurant une fabrication simple et peu coûteuse.

Récemment, une équipe de chercheurs des universités de Fuzhou et de Fujian Medical, dirigée par Minglang Zou et Da Huang, a développé un nouvel hydrogel multifonctionnel injectable basé sur des réseaux métal-phénol (Metal-Phenolic Networks, MPN) appelé hydrogel CS-TA-Ga³⁺ (ou hydrogel CTG). Cette étude a évalué systématiquement son efficacité pour favoriser la cicatrisation des plaies infectées. Cet article se base sur la publication écrite par Minglang Zou et al. publiée en 2025 dans la revue Advanced Healthcare Materials.

Processus et Méthodologie de l’Étude

Les chercheurs ont utilisé un processus simple et efficace de “méthode en une étape” pour préparer l’hydrogel CTG. Cela a été réalisé en combinant l’acide tannique (TA) avec des ions gallium trivalents (Ga³⁺) pour former un réseau métal-phénol, ensuite associé à un polymère antibactérien naturel, le chitosane (CS). Cette méthodologie évite les étapes laborieuses généralement associées à la fabrication d’hydrogels multifonctionnels.

1. Préparation et Optimisation de l’Hydrogel
   Les chercheurs ont d’abord optimisé la formation des réseaux métal-phénol à partir de TA et Ga³⁺ en ajustant les proportions des composants. Des examens par spectroscopie UV-Visible (UV-Vis) ont révélé que la coordination de type bi-ligand entre TA et Ga³⁺ était la forme de liaison optimale. Ensuite, l’ajout de différentes concentrations de chitosane a permis de déterminer que le rapport massique optimal entre CS, TA et Ga³⁺ était de 6:5:4.

2. Caractérisation Morphologique et Structurelle
   Des analyses par microscopie électronique à balayage (SEM) ont révélé une structure interne poreuse avec un diamètre de pores d’environ 10 µm, adaptée à l’absorption des exsudats de plaie et à l’échange de gaz. La spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS) a confirmé la présence d’ions Ga³⁺ à l’état trivalent, tandis que la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) a validé la présence de liaisons hydrogène et de coordination entre CS, TA et Ga³⁺.

3. Tests Rhéologiques et Auto-Cicatrisation
   Les tests rhéologiques ont confirmé que l’hydrogel CTG possède de bonnes propriétés de fluidification sous cisaillement, permettant son administration par injection et son adaptation à des plaies de formes irrégulières. Des expériences de réparation sur des segments d’hydrogel fracturés ont mis en évidence une capacité d’auto-cicatrisation rapide et une stabilité mécanique élevée.

4. Réactivité au pH et Libération Contrôlée
   L’hydrogel a démontré une capacité de libération contrôlée en réponse à un environnement acide (pH < 6.5, souvent observé dans les plaies infectées). Les réseaux métal-phénol à l’intérieur de l’hydrogel se disloquent sous ces conditions, libérant des ions Ga³⁺ et du TA avec leurs propriétés anti-inflammatoires et antibactériennes. Après 72 heures, les taux de libération des composants atteignaient respectivement 60% et plus, avec une modulation significative par le pH.

Résultats Expérimentaux et Découvertes Clés

1. Biocompatibilité In Vitro
   Des tests utilisant des macrophages murins (RAW264.7) et des fibroblastes NIH-3T3 ont montré que l’hydrogel CTG n’était pas cytotoxique, favorisant même la prolifération cellulaire sur le long terme. Les tests d’hémolyse ont révélé une excellente compatibilité avec les globules rouges, le taux total d’hémolyse étant inférieur à 5%.

2. Activité Antibactérienne et Anti-Biofilm
   L’hydrogel a démontré une efficacité antibactérienne presque totale contre des pathogènes courants, notamment S. aureus, E. coli, A. baumannii et P. aeruginosa. Il a également montré des taux similaires contre des bactéries résistantes aux antibiotiques, comme le MRSA ou le CRE. L’effet antibactérien remarquable découle du mécanisme dit du “cheval de Troie” des ions Ga³⁺. De plus, l’hydrogel a inhibé significativement la formation de biofilms bactériens, avec moins de 20% de biofilm résiduel.

3. Propriétés Antioxydantes et Anti-inflammatoires
   L’hydrogel CTG a présenté d’excellentes propriétés antioxydantes, éliminant près de 90% des radicaux libres DPPH· et ABTS+·. Les tests intracellulaires ont confirmé une réduction significative des niveaux de ROS dans des environnements de stress oxydatif. Par ailleurs, l’hydrogel a réduit l’expression des cytokines inflammatoires, comme le TNF-α et l’IL-1β.

4. Analyse Histologique et Évaluation de la Cicatrisation
   Dans un modèle murin de plaies cutanées infectées, l’hydrogel CTG a atteint un taux de cicatrisation de 95.58%, surpassant les autres groupes. Les analyses histologiques ont montré une épaisseur accrue de l’épiderme, une formation de tissus de granulation et une densité élevée de follicules pileux dans le groupe CTG. En outre, l’hydrogel a favorisé une production significative de collagène.

5. Performances Hémostatiques
   Dans des modèles de saignement de la queue ou de traumatisme hépatique murins, l’hydrogel CTG a réduit de moitié le temps nécessaire à l’hémostase et diminué les pertes sanguines de manière significative.

Importance et Innovations de l’Étude

Cette recherche surmonte les limites des hydrogels multifonctionnels en termes de procédés de fabrication complexes et coûteux, en développant un matériau accessible, multifonctionnel et performant pour la cicatrisation des plaies infectées. Grâce à l’intégration des propriétés du chitosane, de l’acide tannique et des ions Ga³⁺, l’hydrogel CTG présente des capacités antibactériennes puissantes contre les pathogènes résistants et offre des effets antioxydants et anti-inflammatoires. Ces résultats fournissent une base théorique et technique importante pour le développement de nouveaux pansements médicaux adaptés à une utilisation clinique.

En mettant en avant les performances exceptionnelles de cet hydrogel, cette étude ouvre des perspectives innovantes pour le traitement des plaies infectées, avec des applications potentielles à grande échelle et une forte valeur commerciale.